专题05 氮的化合物的相关计算-【压轴题】2024-2025学年高一化学同步培优训练（苏教版2019必修第二册）

专题05 氮的化合物的相关计算 解题知识必备压轴典例分析压轴能力测试 一、氮氧化物溶于水的计算 1.关系式法 (1)NO和O2混合气体通入水中 由2NO＋O2===2NO2和3NO2＋H2O===2HNO3＋NO得总反应为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 (2)NO2和O2混合气体通入水中 由3NO2＋H2O===2HNO3＋NO和2NO＋O2===2NO2得总反应为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3 (3)NO、NO2和O2三种混合气体通入水中 先按3NO2＋H2O===2HNO3＋NO计算出生成的NO的体积，再加上原来混合气体中NO的体积，再按(1)计算。 2.电子守恒法 当NOx转化为硝酸时要失去电子，如果是NOx与O2混合，则反应中O2得到的电子数与NOx失去的电子数相等。 二、守恒法突破硝酸与金属反应的相关计算 1.常用的计算方法(以Cu与硝酸反应为例) Cu+HNO3Cu(NO3)2+NO+NO2+H2O (1)原子守恒 氮原子守恒：n(HNO3)=2n［Cu(NO3)2］+n(NO)+n(NO2)。 (2)电子守恒 铜失电子生成Cu2+，HNO3中氮原子得电子生成NO2、NO，则有2n(Cu)=n(NO2)+3n(NO)。 (3)离子方程式计算 金属与硫酸、硝酸混合酸反应时，由于硝酸中N在硫酸提供H+的作用下继续与金属反应，应依据离子方程式计算，即3Cu+8H++2N===3Cu2++2NO↑+4H2O。 2.常见的两种计算 (1)硝酸与铜反应 浓硝酸与足量的铜反应，开始浓硝酸被还原为NO2，随着反应的进行，浓硝酸变稀，稀硝酸被还原为NO，向反应后的溶液中加稀硫酸，N又被还原为NO。 (2)稀硝酸与铁反应(铁的常见价态：+2、+3) Fe(少量)+4HNO3(稀)===Fe(NO3)3+NO↑+2H2O； 3Fe(过量)+8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O。 ①≥4，产物为Fe(NO3)3； ②≤，产物为Fe(NO3)2； ③<<4，产物为Fe(NO3)3和Fe(NO3)2。 【模型建构】 【例1】（23-24高一下·湖北·期中）现有、的混合气体22mL，通入足量水中，充分反应后剩余气体2mL(同温同压下)，则原混合气体中氧气的体积是 A．2mL B．3.2mL C．3.2mL或6mL D．16mL或18.8mL 【答案】C 【解析】NO2和O2混合气体与反应可能的反应式有：4NO2+O2+2H2O＝4HNO3，3NO2+H2O＝2HNO3+NO，根据反应的方程式用讨论的方法计算。如氧气过量，则剩余2ml无色气体为氧气，设参加反应的氧气的体积为xmL，则有根据方程式4NO2+O2+2H2O＝4HNO3可知消耗NO2是4xmL，4x+x=22mL-2mL=20mL，x=4mL，所以氧气的体积为：4mL+2mL=6mL； 如NO2过量，则剩余2mL无色气体为NO，设氧气的体积为ymL，依据方程式4NO2+O2+2H2O＝4HNO3可知消耗NO2是4ymL，剩余NO2是（22－y－4y）mL，根据方程式3NO2+H2O＝2HNO3+NO可知生成NO是，解得y＝3.2； 所以原混合气体中氧气的体积为：6mL或3.2mL。故选C。 【例2】如图所示，将相同条件下的m体积NO和n体积O2同时通入倒立于水槽中且盛满水的试管内，充分反应后，试管内残留体积的气体，该气体与空气接触后立即变为红棕色。则m与n的比值为(　　) A.3∶2 B.2∶3 C.8∶3 D.3∶8 【答案】C 【解析】在一定条件下，将m体积NO和n体积O2同时通入倒立于水中且盛满水的容器中内，充分反应， NO和O2全部溶于水时按照下列反应进行，化学方程式为：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，由于气体与空气接触后立即变为红棕色，所以容器内残留气体为NO，那么与O2反应的NO气体为m－＝，NO和O2按照4∶3混合溶于水恰好全部溶解所以∶n ＝4∶3，所以m∶n＝8∶3。 【例3】将12.8 g铜完全溶于适量浓硝酸中，生成标准状况下的氮氧化物(仅含NO2和NO)共5.6 L。 (1)若用2 mol·L-1的NaOH溶液吸收气体，恰好反应生成了含NaNO2和NaNO3的混合液，实验测定其中含有NaNO3 0.05 mol。消耗NaOH溶液的体积为　　　mL。  (2)为了使气体在NaOH溶液中全部转化为NaNO3，可同时加入双氧水。则至少需要34%的双氧水的质量为　　　　g。  【答案】(1)125　(2)20 【解析】(1)恰好反应生成NaNO2和NaNO3，根据钠元素和氮元素守恒有：n(NaOH)=n(NaNO2)+n(NaNO3)=n(NO2)+n(NO)==0.25 mol，消耗NaOH溶液的体积为=0.125 L=125 mL。(2)n(NaNO2)=0.25 mol-0.05 mol=0.2 mol，根据得失电子守恒可知，需要H2O2的物质的量为=0.2 mol，则m(H2O2)=0.2 mol×34 g·mol-1=6.8 g，需要34%的双氧水的质量为=20 g。 1．（23-24高一下·安徽芜湖·期末）在一定条件下，将NO2和O2的混合气体12 mL通入足量水中，充分反应后剩余2 mL气体(同温同压下)，则原混合气体中NO2的体积为 ①4 mL；②8 mL；③10 mL；④10.8 mL。 A．①③ B．②④ C．①④ D．②③ 【答案】B 【解析】若O2过量时，发生反应：4NO2+O2+2H2O=4HNO3，剩余的2 mL气体为氧气，NO2的体积V(NO2)=×(12 mL-2 mL)=8 mL，②正确； 若NO2气体过量，过量的NO2与H2O会发生反应：3NO2+H2O=2HNO3+NO，则反应后剩余2 mL气体是NO，根据物质反应转化关系，可知相当于剩余NO2体积是6 mL，还有6 mL气体发生反应：4NO2+O2+2H2O=4HNO3，根据反应的方程式中物质反应关系可知：发生该反应的NO2的体积V(NO2)=×6 mL=4.8 mL，则原 气体中含有NO2的体积为V(NO2)=6 mL+4.8 mL=10.8 mL，④正确；综上所述可知，上述12 mL混合气体中NO2的体积正确的是②④，故合理选项是B。 2．（23-24高一下·湖北·阶段检测）相同压强下，将混有一定体积的NO、、的试管倒立于水槽中，最终试管内充满水。设NO、、在该条件下的体积分别为、、，则、、之比可能是 A．5∶4∶6 B．2∶4∶5 C．7∶2∶6 D．8∶4∶7 【答案】D 【解析】根据同温同压下，气体的体积之比等于物质的量之比，混有NO、、的试管倒立于水槽中，最终试管内充满水，即三种气体恰好完全反应生成，根据氧化还原反应中得失电子总数相等可知，，即，据此解析解题。A中，B中，C中，均不符合题意，D中符合题意。故选D。 3．（23-24高一下·安徽合肥·期中）将一定质量的铜溶于的浓硝酸中，待铜完全溶解后，生成和的混合气体，测得反应后的溶液中的浓度为。假设反应后溶液的体积仍为，则气体产物中的在标准状况下的体积是 A．1.12L B．2.24L C．3.36L D．4.48L 【答案】B 【解析】将一定质量的铜溶于100mL 11mol/L的浓硝酸中，铜和硝酸反应生成硝酸铜、NO、NO2，待铜完全溶解后，生成0.4mol NO2和NO的混合气体，并测得溶液中H+的浓度为1mol/L，说明反应剩余硝酸的物质的量为1mol/L×0.1L=0.1mol，根据N元素守恒，反应生成硝酸铜的物质的量为，设生成的NO为xmol，生成的NO2为ymol，则x+y=0.4，根据得失电子守恒，3x+y=0.3×2=0.6，解得x=0.1，y=0.3，故生成NO标准状况下的体积为0.1mol×22.4L/mol=2.24L，选B。 4．（23-24高二下·云南红河·期中）将盛有NO和混合气体20mL的量筒倒立于水槽里，过一段时间后，气体体积缩小到15mL后不再变化（同温同压下），原混合气体中NO和的体积比是 A．1∶2 B．5∶3 C．3∶2 D．2∶1 【答案】B 【解析】混合气体中的NO既不溶于水，也不与水反应，只有溶于水。 则，故答案选B。 5．（23-24高一下·安徽六安·期末）足量的铜使一定量的浓硝酸完全反应完，得到4.48L标准状况)NO2与NO的混合气体，这些气体与一定体积的O2混合后通入水中，恰好被完全吸收生成硝酸。向所得硝酸铜溶液中加入100ml 4mol/L NaOH溶液，Cu2+恰好沉淀完全。下列说法正确的是 A．铜与浓硝酸反应过程中转移了0.5mol电子 B．消耗氧气的体积为1.12L(标准状况) C．参加反应的HNO3是0.8mol D．混合气体中NO2与NO物质的量之比为1：1 【答案】D 【解析】Cu失去电子转化为Cu2+，得到电子转化为NO2和NO的混合气体，NO2、NO与O2、水反应失去电子又转化为HNO3，而O2得到了电子，整个过程中转移的电子的量是守恒的，即Cu失去的电子数=硝酸获得的电子数=氧气获得的电子。铜失去2个电子得到Cu2+，Cu2+再和2个OH-结合生成Cu(OH)2，可知转移的电子数目等于OH-的数目，n(OH-)=0.1L×4mol•L-1=0.4mol,则转移的电子的物质的量也是0.4mol，n(Cu)=0.02mol，据此解析解题。A．铜原子失去2个电子转化为Cu2+，Cu2+再和2个OH-结合生成Cu(OH)2，可知转移的电子数目等于OH-的数目，n(OH-)=0.1L×4mol•L-1=0.4mol，则转移的电子的物质的量也是0.4mol，A错误；B．转移了0.4mol电子，则需要O2物质的量为：=0.1mol，其在标准状况下的体积为0.1mol×22.4L/mol=2.24L，B错误；C．在反应过程中HNO3体现出了酸性和氧化性，体现酸性的硝酸转化为了Cu(NO3)2，硝酸铜与NaOH又恰好反应，而n()=n(OH-)=0.4mol，体现氧化性的硝酸转化为NO2和NO，而n(NO2)+n(NO)==0.2mol，由N原子守恒可知，参加反应的硝酸的物质的量为：0.4mol+0.2mol=0.6mol，C错误；D．设n(NO2)=xmol，n(NO)=ymol，则根据转移电子守恒和物料守恒，有①x+y=0.2mol，②x+3y=0.4mol，联合①②解得x=y=0.1mol，混合气体中NO2与NO物质的量之比为1：1，D正确；故答案为：D。 6．（23-24高一下·新疆·期中）足量铜与一定量浓硝酸反应，得到硝酸铜溶液和、的混合气体，这些气体与(标准状况)混合后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸。若向所得硝酸铜溶液中加入溶液至恰好完全沉淀，则消耗溶液的体积是 A． B． C． D． 【答案】B 【解析】Cu失去的电子全部转移给HNO3，生成了氮氧化物，而这些氮氧化物又全部将所得电子转移给了O2，生成了HNO3，相当于Cu失去的电子全部转移给了O2，故可以通过O2的量来计算参加反应的Cu的量，也可以计算出生成的Cu2+的量，从而计算得NaOH的体积。Cu失去的电子全部转移给HNO3，生成了氮氧化物，而这些氮氧化物又全部将所得电子转移给了O2，生成了HNO3，相当于Cu失去的电子全部转移给了O2；n(O2)==0.15mol，则转移电子0.6mol，故可以有0.3mol Cu参加反应，即生成0.3mol Cu2+，则需要0.6mol NaOH形成沉淀，故V(NaOH)==0.12L=120mL，故选B。 7．（23-24高一下·陕西咸阳·阶段检测）在同温同压下，将等体积混合而成的四组气体：①、②、③、④，分别通入体积相同的试管，并立即倒立于水槽中，如图所示。待试管内液面稳定后，剩余气体的体积依次为、、、，则剩余气体的体积最小的是 A． B． C． D． 【答案】D 【解析】假设每种气体的体积都是a，试管的容积为2a；①根据反应知，二氧化氮完全反应，剩余气体是氧气，剩余氧气的体积；②根据反应知，生成NO的体积为，所以剩余气体是NO，其体积为；③氮气和水不反应，氯化氢极易溶于水，所以剩余气体的体积为a；④二氧化硫和氯气溶于水时，反应氧化还原反应，两者恰好反应，故剩余气体的体积为0；综上所述，剩余气体体积最小的是，故选D。 8．同温同压下，在3支相同体积的试管中分别充有等体积混合的两种气体，它们是①NO和NO2，②NO2和O2，③NO和N2。现将3支试管均倒置于水槽中，充分反应后，试管中剩余气体的体积分别为V1、V2、V3，则下列关系正确的是(　　) A.V1>V2>V3 B.V1>V3>V2 C.V2>V3>V1 D.V3>V1>V2 【答案】D 【解析】可假设试管体积均为2V，每种气体的体积均为V；当倒置于水槽中时：①中有反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，则剩余气体的体积V1＝V；②中有反应：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，则剩余O2的体积V2＝V；③中气体与水不反应，故试管中气体体积V3＝2V。综上所述，V3>V1>V2。 9．（2024高三上·全国·专题练习）1.92g铜投入一定量浓HNO3中，铜完全溶解，生成气体颜色越来越浅，共收集到672mL气体(标准情况)。将盛有此气体的容器倒扣在水中，通入标准情况下一定体积的O2，恰好使气体完全溶于水中，则通入O2的体积为 A．672mL B．168mL C．504mL D．336mL 【答案】D 【解析】根据在反应过程中铜失去电子变为铜离子，而硝酸先被还原为二氧化氮，随着反应进行浓硝酸变稀，硝酸被还原为一氧化氮，再通入氧气后将氮的氧化物氧化为硝酸；整个过程中硝酸没有发生变化，实质反应是铜和氧气间的反应；根据电子守恒法得n(Cu)×2=n(O2)×4，解得n(O2)=0.015mol，标况下V=n×Vm=0.015mol×22.4L/mol=0.336L=336mL；故选D。 10．（23-24高一下·湖北·阶段检测）如图所示，在注射器里吸入20mL NO，然后吸入。若再吸入30mL空气(按体积占20％计算)，夹住弹簧夹，观察现象(不考虑摩擦力，所有操作都在常温常压下进行)。已知常温常压下，气体摩尔体积为，下列说法正确的是 A．可观察到注射器的活塞缓缓向右移动 B．经计算，最终剩余气体中NO体积为18mL C．注射器的活塞最左端最终停在约36mL刻度处 D．若反应前后液体体积不变，所得硝酸溶液的浓度约为 【答案】D 【解析】A．在注射器中发生的反应为和，故反应均为气体分子数减小的反应，活塞应缓缓向左移动，A项不正确；B．常温常压下，气体体积之比等于其物质的量之比，消耗的氧气为30×20％=6mL，参与反应的一氧化氮为8mL，则剩余气体中NO体积为12mL，B项不正确；C．根据题意，开始时充入注射器的气体NO体积为20mL，水5mL(占用注射器中气体的体积)，随后充入30mL空气，总体积为55mL，随着反应的进行，消耗了氧气6mL，一氧化氮8mL，常温常压下，水为液态，消耗的体积约，可以忽略不计，即剩余水的体积约为5mL，最终容器内剩余体积约为55-6-8=41mL，活塞最左端最终停在约41mL刻度处，C项不正确；D．根据B中反应，可知生成的全部溶于水中，根据N元素守恒，可知硝酸的浓度为，D项正确；故答案选D。 11．（23-24高一下·贵州·期中）某同学用粉和含有的稀硝酸进行反应，两种物质恰好反应均无剩余，且只被还原成NO。下列说法正确的是 A．过量铁与稀硝酸的离子方程式： B．该反应中Fe的氧化产物既有也有，且 C．再向溶液中通入气体可将完全转化为 D．生成的NO气体分子数为 【答案】D 【解析】A．过量铁与稀硝酸反应生成亚铁离子和NO，离子方程式为：，故A错误；B．设反应结束后有xmol，有ymol，根据铁守恒，x+y=1mol，根据得失电子守恒，，解得x=0.25mol、y=0.75mol，则，故B错误；C．未说明是否在标准状况下，不能确定HCl的物质的量，故C错误；D．由B项计算可知，被还原的，还原产物全为NO，故生成的NO气体分子数为，故D正确；故选D。 12．（23-24高一下·河北石家庄·期末）将28.8gCu投入一定浓度的硝酸溶液中，铜完全溶解，共收集到和的混合气体11.2L，将此混合气体和一定体积的混合（上述气体体积均在标准状况下测定），恰好使混合气体完全溶于水中得到100mL硝酸溶液。下列说法正确的是 A．28.8gCu消耗硝酸的物质的量为0.5mol B．混合气体中和的物质的量之比为 C．所得100mL硝酸溶液的浓度为2mol/L D．通入的体积为5.04L 【答案】D 【解析】A．28.8gCu的物质的量是28.8g÷64g/mol＝0.45mol，因此生成0.45mol硝酸铜。和的混合气体标况下是11.2L，物质的量是0.5mol，所以依据氮元素守恒可知消耗硝酸的物质的量为0.45mol×2+0.5mol＝1.4mol，A错误；B．反应中转移电子的物质的量是0.45mol×2＝0.9mol，设混合气体中和的物质的量分别是xmol、ymol，则x+y＝0.5、3x+y＝0.9，解得x＝0.2、y＝0.3，即二者的物质的量之比为，B错误；C．根据氮元素守恒可知所得100mL硝酸溶液中硝酸的物质的量是0.5mol，浓度为5mol/L，C错误；D．根据电子得失守恒可知消耗氧气的物质的量是0.9mol÷4＝0.225mol，标况下的体积为0.225mol×22.4L/mol＝5.04L，D正确；答案选D。 13．将2.64 g Mg、Cu组成的混合物投入适量稀硝酸中，固体完全溶解时收集到0.896 L(标准状况)还原产物NO气体，向反应后溶液中加入60 mL 2 mol·L-1NaOH溶液时金属离子恰好沉淀完全。则形成沉淀质量及硝酸的物质的量分别为(　　) A.4.32 g　0.02 mol B.4.68 g　0.16 mol C.5.36 g　0.18 mol D.6.38 g　0.2 mol 【答案】B 【解析】硝酸被还原为NO气体且标准状况下体积为0.896 L，即物质的量为=0.04 mol，所以转移电子的物质的量为0.04 mol×(5-2)=0.12 mol；最后沉淀为Cu(OH)2、Mg(OH)2，金属提供的电子的物质的量等于氢氧根离子的物质的量，故最后沉淀质量等于2.64 g+0.12 mol×17 g·mol-1=4.68 g；所用硝酸转化为NO和硝酸盐，根据氮原子守恒知，硝酸的物质的量为0.04 mol+0.12 mol=0.16 mol。 14．（23-24高一下·湖南长沙·阶段检测）在12g镁和铜组成的合金中加入过量硝酸溶液，合金完全溶解，同时测得生成标况下气体NO2、NO各3.36L，向所得溶液中加入足量的溶液，生成沉淀的质量为 A．18.4g B．22.2g C．29.0g D．32.4g 【答案】B 【解析】合金完全溶解，同时测得生成标况下气体NO2、NO各3.36L（均为0.15mol气体），则共转移电子0.15mol+0.15mol×3=0.6mol，向所得溶液中加入足量的溶液，则金属阳离子会结合0.6mol氢氧根离子，故生成沉淀质量为12g+0.6mol×17g/mol=22.2g；故选B。 15．（22-23高一下·湖南永州·阶段检测）将质量为32g的铜与150mL的一定浓度的硝酸反应，铜完全溶解，产生标准状况下11.2L的NO和的混合气体，将生成的混合气体与一定体积的氧气一起通入足量NaOH溶液中，气体恰好被吸收生成。下列说法正确的是 A．标准状况下，通入的体积为11.2L B．向反应后的溶液加NaOH，使铜沉淀完全，需要NaOH的物质的量至少为1.0mol C．标准状况下，混合气体构成是6.72L的NO和4.48L的 D．硝酸的物质的量浓度为 【答案】B 【解析】32g的铜的物质的量为0.5mol；11.2L的NO和NO2的物质的量为0.5mol，设混合气体中NO的物质的量为x，NO2的物质的量为y，则x+y=0.5，反应过程中铜全部被氧化成Cu2+，根据电子守恒有3x+y=0.5×2，联立可得x=0.25mol，y=0.25mol；设氧气的物质的量为z，NO和NO2全部转化为NaNO3，则根据电子守恒有0.5×2=4z，解得z=0.25mol；根据元素守恒可知生成的n(NaNO3)=0.5mol。A．根据分析可知通入的O2为0.25mol，标况下体积为0.25mol×22.4L/mol=5.6L，A错误；B．当硝酸无剩余时消耗的NaOH最少，此时NaOH只与Cu2+反应生成Cu(OH) 2沉淀，根据元素守恒可知此时n(NaOH)=2n(Cu2+)=0.5mol×2=1mol，B正确；C．根据分析可知，混合气体中有0.25molNO和0.25molNO2，即标准状况下的5.6L的NO和5.6L的NO2，C错误；D．由于不知道和铜反应后硝酸是否有剩余，所以无法计算硝酸的浓度，D错误；故选B。 16．（24-25高一上·山东济宁·期中）利用NaClO氧化尿素制备(水合肼)的实验流程如图所示： 已知：①与烧碱溶液的反应是放热反应；②有强还原性，能与NaClO剧烈反应生成；③尿素中N为价。下列说法不正确的是 A．步骤Ⅰ中为避免温度过高，可采用冰水浴 B．步骤Ⅰ制备NaClO溶液时，测得产物中NaClO与的物质的量之比为5：1，则参与反应的氧化剂与还原剂的物质的量之比为3：5 C．步骤Ⅱ中可将NaClO碱性溶液逐滴滴入尿素水溶液中，顺序不能颠倒 D．生成水合肼反应的离子方程式为 【答案】B 【解析】由流程可知，步骤I中氯气和NaOH溶液制备NaClO，步骤II中尿素与NaClO发生NaClO+CO(NH2)2+2NaOH=NaCl+N2H4•H2O+Na2CO3，制得水合肼溶液和Na2CO3溶液在步骤III中分离；A．氯气与烧碱溶液的反应是放热反应，温度升高发生副反应生成NaClO3，所以步骤I中为避免温度过高发生副反应，可采用冰水浴，A正确；B．氯气与NaOH反应生成物质的量之比为5：1的NaClO、NaClO3，氯元素化合价升高，故还有NaCl生成，故反应为：8Cl2+16OH-=5ClO-+ClO+10Cl-+8H2O，氧化剂与还原剂的物质的量之比为5∶3，B错误；C．将尿素滴到NaClO溶液中或过快滴加，都会使过量的NaClO溶液氧化水合肼，降低产率，故实验中应将次氯酸钠溶液逐滴加入到定量的尿素溶液中制备水合肼，滴加顺序不能颠倒，且滴加速度不能过快，C正确；D．NaClO、NaOH与尿素生成N2H4•H2O、碳酸钠、NaCl，反应为NaClO+CO(NH2)2+2NaOH=NaCl+N2H4•H2O+Na2CO3，离子方程式是：，D正确；故选：B。 17．（23-24高一下·湖南娄底·期末）如图所示，试管中盛装的是红棕色气体，当倒扣在盛有水的水槽中时，试管内水面上升，但不能充满试管，当向试管内鼓入氧气后，可以观察到试管中水柱继续上升，经过多次重复后，试管内完全被水充满，对原试管中盛装气体的说法正确的是 ①可能是与的混合气体 ②可能是气体 ③可能是与的混合气体 ④只可能是一种气体 A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 【答案】B 【解析】试管中盛装的是红棕色气体，一定含有NO2，当向试管内鼓入氧气后，试管内完全被水充满，则一定不含N2，混合气体可能发生以下反应：4NO2+O2+2H2O=4HNO3，4NO+3O2+2H2O=4HNO3，气体恰好发生反应时，试管内完全被水充满。①N2不溶于水，在溶液中不能与氧气反应，试管不可能完全被水充满，故①错误；②如全部是NO2一种气体，通入氧气，能发生4NO2+O2+2H2O=4HNO3，气体恰好发生反应时，试管内完全被水充满，故②正确；③如是NO与NO2的混和气体，通入氧气，可能发生：4NO2+O2+2H2O=4HNO3，4NO+3O2+2H2O=4HNO3，气体恰好发生反应时，试管内完全被水充满，气体可能是NO与NO2的混合气体，故③正确；④由②和③的解析可知，可能是气体，也可能是与的混合气体，故④错误； 正确有②③；答案选B。 18．（24-25高一上·云南·期中）与一定浓度的反应，生成、、、和水，当和的物质的量之比为时，则反应中起酸性作用的与被还原的的物质的量之比为 A． B． C． D． 【答案】A 【解析】Cu2S与一定浓度的HNO3反应中，Cu2S中铜元素由+1价被氧化为+2价、硫元素由-2价被氧化为+6价，硝酸起氧化剂与酸的作用，起氧化剂作用HNO3中氮元素被还原为NO2和NO，令NO2和NO的物质的量均为1mol，根据电子转移守恒可知：n(Cu2S)×[6-(-2)+1×2]=1mol×(5-4)+1mol×(5-2)，解得n(Cu2S)=0.4mol．被还原的硝酸的物质的量等于NO2和NO的物质的量之和为2mol，根据硫元素守恒，n(CuSO4)=0.4mol，根据铜元素守恒，n[ ]=2n(Cu2S)-n(CuSO4)=0.4mol，则起酸性作用的的物质的量为2×n[ ]=0.8mol，则反应中起酸性作用的与被还原的的物质的量之比为0.8:2=2:5，故选A。 19．（24-25高三上·重庆·阶段检测）一定条件下，将28.8g 固体投入100mL质量分数为63%，密度为1.2的硝酸溶液中充分反应后，固体全部溶解，硝酸被还原为氮氧化物()，并收集到折算为标准状况下氮氧化物()4.48L(生成气体全部逸出)，再向反应后的溶液中加入V L 4.00 NaOH溶液，使沉淀质量最大。下列说法错误的是 A．若将产生的与混合后通入水中将其完全吸收，则标况下消耗的体积为2.24L B．原硝酸的物质的量浓度为12 C．该氮氧化物中x的值为1.5 D．V至少为0.2L 【答案】D 【解析】A．根据题意可知，，在反应中，中的Cu元素由＋1价升高到＋2价，则反应中转移电子的数目为0.4，这些电子最终被获得，因此标况下消耗的体积为2.24L，A正确；B．根据计算公式可知，硝酸的，B正确；C．A项可知，反应中转移电子的数目为0.4，又根据题目可知，在反应中，中生成的N元素由＋5价降低为＋2x价，依据得失电子守恒可得：，x=1.5，C正确；D．向反应后的溶液中加入4.00 NaOH溶液，当沉淀质量达到最大时，及过量刚好与NaOH完全反应，生成等，则，从而得出，，D错误；故选D。 20．（22-23高一下·河南周口·阶段检测）常温常压下，若一个烧瓶中充满下列气体： ①375mL与空气 ② ③和 则关于做喷泉实验后烧瓶中所得溶液的溶质的物质的量浓度，下列说法正确的是 A．①与②相同 B．都相同 C．②中 D．②比③小 【答案】A 【解析】①375mL与空气，氨气溶于水，得到375mL氨水，氨水的浓度为 。②溶于水，发生反应3NO2+H2O=2HNO3+NO，根据方程式反应剩余 NO，则溶液体积为，反应生成吸收的物质的量为，所得溶液的浓度为；③和溶于水发生反应，气体恰好完全溶于水，溶液体积为0.5L，硝酸的物质的量为，硝酸的浓度为 。A． ①与②中浓度都是，故A正确；    B．①②的浓度与③不同，故B错误；C．②中    ，常温常压Vm不等于22.4L/mol，故C错误；D．②中，③中，②比③大，故D错误；选A。 21．（24-25高三上·山东·阶段检测）将2molNO、4molH2和一定量的CO2通过足量的Na2O2充分反应后，所得气体再用电火花引燃使其充分反应，仅得到一定浓度的HNO3溶液，且无任何气体剩余。则通入CO2的物质的量和所得HNO3的质量分数分别为 A．7mol    60% B．7mol    70% C．6mol    60% D．6mol    70% 【答案】B 【解析】过程中涉及到的反应有、、，反应后无气体剩余，所以在 反应中消耗了2 molNO，根据计量数之比可知，消耗了1.5mol O2和1molH2O，生成了2molHNO3；在反应中消耗了4molH2和2 molO2，生成了4molH2O，所以在反应中生成了3.5molO2，则消耗CO2的物质的量为7mol，反应结束后剩余3molH2O和2molHNO3，则所得HNO3溶液的质量分数为，B正确；故选B。 22．（23-24高一下·湖北武汉·期中）将38.4g Cu与0.22L浓硝酸混合恰好完全反应生成氮的氧化物，这些氧化物恰好与溶液反应得到和的混合溶液，反应过程及有关数据如图所示。下列说法正确的是 A．反应Ⅰ中硝酸只体现氧化性 B．反应Ⅱ中作氧化剂 C．混合气体中的物质的量为0.2mol D．浓硝酸的物质的量浓度为 【答案】D 【解析】铜与硝酸反应生成硝酸铜和氮的氧化物，38.4g Cu为0.6mol，所以生成硝酸铜0.6mol，则硝酸铜含有硝酸根离子1.2mol，生成氮的氧化物为0.9mol，与氢氧化钠恰好完全反应生成NaNO3和NaNO2，根据原子守恒可知，n(Na)=n(N)=n(NaOH)=0.5L×2mol/L=1mol，所以硝酸的总量为1.2mol+1mol=2.2mol。A．反应I中硝酸中的氮元素一部分转化为+2价和+4价的氮，体现氧化性，同时还会生成硝酸铜和水，体现酸性，A错误；B．反应Ⅱ中NO中的N元素化合价升高，作还原剂，B错误；C．由题意可知0.9mol氮的氧化物转化为钠盐的量为1mol，则混合气体中的物质的量为1mol-0.9mol=0.1mol，C错误；D．由解析可知，0.22L浓硝酸的物质的量浓度为，D正确；故选D。 23．（23-24高二下·辽宁大连·期末）相同状况下，在体积相同的三个烧瓶中分别盛放(1)、(2)和体积比的气体、(3)和体积比的气体，并分别倒立在水槽里，充分溶解后烧瓶内三种溶液物质的量浓度之比为(设烧瓶内液体未扩散到水槽里) A． B． C． D． 【答案】A 【解析】设烧瓶的体积为VL，烧瓶(1)中发生的反应为3NO2+H2O=2HNO3+NO，由方程式可知，硝酸溶液的体积为L，溶液中硝酸的物质的量为=mol，则硝酸的浓度为=mol/L；烧瓶(2)中发生的反应为4NO2+O2+2H2O=4HNO3，由方程式可知，硝酸溶液的体积为VL，溶液中硝酸的物质的量为=mol，则硝酸的浓度为=mol/L；烧瓶(3)中发生的反应为4NO2+O2+2H2O=4HNO3，由方程式可知，反应中氧气过量、二氧化氮完全反应，硝酸溶液的体积为L，溶液中硝酸的物质的量为=mol，则硝酸的浓度为=mol/L，则硝酸的浓度之比为mol/L：mol/L：mol/L=5：4：4，故选A。 24．（23-24高一下·四川成都·期末）硝酸工业生产中的尾气(主要成分为和NO)可用纯碱溶液吸收，相关的化学反应如下： 现用10 L纯碱溶液吸收硝酸工业尾气，产生22.4 L(标准状况)时，测得吸收液中的浓度为0.05mol/L。若不考虑吸收过程中溶液体积变化，则吸收液中的物质的量浓度为 A．0.05mol/L B．0.10mol/L C．0.15mol/L D．0.20mol/L 【答案】C 【解析】根据碳原子守恒可知，n(Na2CO3)=n(CO2)==1mol，根据钠离子守恒可知n(NaNO2)+n(NaNO3)=2n(Na2CO3)，所以n(NaNO2)=n(Na2CO3)-n(NaNO3)=2mol-0.05mol•L-1×10L=1.5mol,则吸收液中NaNO2的物质的量浓度为=0.15mol•L-1，故选C。 25．（23-24高一下·山西大同·期末）硝酸工业生产中常用纯碱溶液吸收排出的氮氧化物废气，废气中若只含有NO、两种气体。将一定量废气通入到足量的溶液中被完全吸收，溶液中生成的、两种离子的物质的量与废气中的物质的量分数变化关系如图所示。 已知溶液中可发生以下两个反应： ①； ②。 下列说法错误的是 A．图中线段b表示 B．时，溶液中 C．时， D．若生成标准状况下22.4L ，则 【答案】D 【解析】根据图示，则NO、的物质的量和为2mol；根据反应可知，x＝0.5时只发生反应，产物只有NaNO2；当x＝1时，只发生，产物为等物质的量的NaNO2、NaNO3；据此解答。A．当x＝0.5时产物只有NaNO2；当x＝1时产物为等物质的量的NaNO2、NaNO3，随x值增大n()增大、n()减小，图中线段b表示离子，a表示，故A正确；B．当时，，，，溶液中，故B正确；C．根据氮元素守恒可知时，，故C正确；D．根据反应可知，即，标准状况下体积为22.4L，当生成标准状况下22.4L 时，无法判断的物质的量，故D错误。答案选D。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题05 氮的化合物的相关计算 解题知识必备压轴典例分析压轴能力测试 一、氮氧化物溶于水的计算 1.关系式法 (1)NO和O2混合气体通入水中 由2NO＋O2===2NO2和3NO2＋H2O===2HNO3＋NO得总反应为4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 (2)NO2和O2混合气体通入水中 由3NO2＋H2O===2HNO3＋NO和2NO＋O2===2NO2得总反应为4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3 (3)NO、NO2和O2三种混合气体通入水中 先按3NO2＋H2O===2HNO3＋NO计算出生成的NO的体积，再加上原来混合气体中NO的体积，再按(1)计算。 2.电子守恒法 当NOx转化为硝酸时要失去电子，如果是NOx与O2混合，则反应中O2得到的电子数与NOx失去的电子数相等。 二、守恒法突破硝酸与金属反应的相关计算 1.常用的计算方法(以Cu与硝酸反应为例) Cu+HNO3Cu(NO3)2+NO+NO2+H2O (1)原子守恒 氮原子守恒：n(HNO3)=2n［Cu(NO3)2］+n(NO)+n(NO2)。 (2)电子守恒 铜失电子生成Cu2+，HNO3中氮原子得电子生成NO2、NO，则有2n(Cu)=n(NO2)+3n(NO)。 (3)离子方程式计算 金属与硫酸、硝酸混合酸反应时，由于硝酸中N在硫酸提供H+的作用下继续与金属反应，应依据离子方程式计算，即3Cu+8H++2N===3Cu2++2NO↑+4H2O。 2.常见的两种计算 (1)硝酸与铜反应 浓硝酸与足量的铜反应，开始浓硝酸被还原为NO2，随着反应的进行，浓硝酸变稀，稀硝酸被还原为NO，向反应后的溶液中加稀硫酸，N又被还原为NO。 (2)稀硝酸与铁反应(铁的常见价态：+2、+3) Fe(少量)+4HNO3(稀)===Fe(NO3)3+NO↑+2H2O； 3Fe(过量)+8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O。 ①≥4，产物为Fe(NO3)3； ②≤，产物为Fe(NO3)2； ③<<4，产物为Fe(NO3)3和Fe(NO3)2。 【模型建构】 【例1】（23-24高一下·湖北·期中）现有、的混合气体22mL，通入足量水中，充分反应后剩余气体2mL(同温同压下)，则原混合气体中氧气的体积是 A．2mL B．3.2mL C．3.2mL或6mL D．16mL或18.8mL 【例2】如图所示，将相同条件下的m体积NO和n体积O2同时通入倒立于水槽中且盛满水的试管内，充分反应后，试管内残留体积的气体，该气体与空气接触后立即变为红棕色。则m与n的比值为(　　) A.3∶2 B.2∶3 C.8∶3 D.3∶8 【例3】将12.8 g铜完全溶于适量浓硝酸中，生成标准状况下的氮氧化物(仅含NO2和NO)共5.6 L。 (1)若用2 mol·L-1的NaOH溶液吸收气体，恰好反应生成了含NaNO2和NaNO3的混合液，实验测定其中含有NaNO3 0.05 mol。消耗NaOH溶液的体积为　　　mL。  (2)为了使气体在NaOH溶液中全部转化为NaNO3，可同时加入双氧水。则至少需要34%的双氧水的质量为　　　　g。  1．（23-24高一下·安徽芜湖·期末）在一定条件下，将NO2和O2的混合气体12 mL通入足量水中，充分反应后剩余2 mL气体(同温同压下)，则原混合气体中NO2的体积为 ①4 mL；②8 mL；③10 mL；④10.8 mL。 A．①③ B．②④ C．①④ D．②③ 2．（23-24高一下·湖北·阶段检测）相同压强下，将混有一定体积的NO、、的试管倒立于水槽中，最终试管内充满水。设NO、、在该条件下的体积分别为、、，则、、之比可能是 A．5∶4∶6 B．2∶4∶5 C．7∶2∶6 D．8∶4∶7 3．（23-24高一下·安徽合肥·期中）将一定质量的铜溶于的浓硝酸中，待铜完全溶解后，生成和的混合气体，测得反应后的溶液中的浓度为。假设反应后溶液的体积仍为，则气体产物中的在标准状况下的体积是 A．1.12L B．2.24L C．3.36L D．4.48L 4．（23-24高二下·云南红河·期中）将盛有NO和混合气体20mL的量筒倒立于水槽里，过一段时间后，气体体积缩小到15mL后不再变化（同温同压下），原混合气体中NO和的体积比是 A．1∶2 B．5∶3 C．3∶2 D．2∶1 5．（23-24高一下·安徽六安·期末）足量的铜使一定量的浓硝酸完全反应完，得到4.48L标准状况)NO2与NO的混合气体，这些气体与一定体积的O2混合后通入水中，恰好被完全吸收生成硝酸。向所得硝酸铜溶液中加入100ml 4mol/L NaOH溶液，Cu2+恰好沉淀完全。下列说法正确的是 A．铜与浓硝酸反应过程中转移了0.5mol电子 B．消耗氧气的体积为1.12L(标准状况) C．参加反应的HNO3是0.8mol D．混合气体中NO2与NO物质的量之比为1：1 6．（23-24高一下·新疆·期中）足量铜与一定量浓硝酸反应，得到硝酸铜溶液和、的混合气体，这些气体与(标准状况)混合后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸。若向所得硝酸铜溶液中加入溶液至恰好完全沉淀，则消耗溶液的体积是 A． B． C． D． 7．（23-24高一下·陕西咸阳·阶段检测）在同温同压下，将等体积混合而成的四组气体：①、②、③、④，分别通入体积相同的试管，并立即倒立于水槽中，如图所示。待试管内液面稳定后，剩余气体的体积依次为、、、，则剩余气体的体积最小的是 A． B． C． D． 8．同温同压下，在3支相同体积的试管中分别充有等体积混合的两种气体，它们是①NO和NO2，②NO2和O2，③NO和N2。现将3支试管均倒置于水槽中，充分反应后，试管中剩余气体的体积分别为V1、V2、V3，则下列关系正确的是(　　) A.V1>V2>V3 B.V1>V3>V2 C.V2>V3>V1 D.V3>V1>V2 9．（2024高三上·全国·专题练习）1.92g铜投入一定量浓HNO3中，铜完全溶解，生成气体颜色越来越浅，共收集到672mL气体(标准情况)。将盛有此气体的容器倒扣在水中，通入标准情况下一定体积的O2，恰好使气体完全溶于水中，则通入O2的体积为 A．672mL B．168mL C．504mL D．336mL 10．（23-24高一下·湖北·阶段检测）如图所示，在注射器里吸入20mL NO，然后吸入。若再吸入30mL空气(按体积占20％计算)，夹住弹簧夹，观察现象(不考虑摩擦力，所有操作都在常温常压下进行)。已知常温常压下，气体摩尔体积为，下列说法正确的是 A．可观察到注射器的活塞缓缓向右移动 B．经计算，最终剩余气体中NO体积为18mL C．注射器的活塞最左端最终停在约36mL刻度处 D．若反应前后液体体积不变，所得硝酸溶液的浓度约为 11．（23-24高一下·贵州·期中）某同学用粉和含有的稀硝酸进行反应，两种物质恰好反应均无剩余，且只被还原成NO。下列说法正确的是 A．过量铁与稀硝酸的离子方程式： B．该反应中Fe的氧化产物既有也有，且 C．再向溶液中通入气体可将完全转化为 D．生成的NO气体分子数为 12．（23-24高一下·河北石家庄·期末）将28.8gCu投入一定浓度的硝酸溶液中，铜完全溶解，共收集到和的混合气体11.2L，将此混合气体和一定体积的混合（上述气体体积均在标准状况下测定），恰好使混合气体完全溶于水中得到100mL硝酸溶液。下列说法正确的是 A．28.8gCu消耗硝酸的物质的量为0.5mol B．混合气体中和的物质的量之比为 C．所得100mL硝酸溶液的浓度为2mol/L D．通入的体积为5.04L 13．将2.64 g Mg、Cu组成的混合物投入适量稀硝酸中，固体完全溶解时收集到0.896 L(标准状况)还原产物NO气体，向反应后溶液中加入60 mL 2 mol·L-1NaOH溶液时金属离子恰好沉淀完全。则形成沉淀质量及硝酸的物质的量分别为(　　) A.4.32 g　0.02 mol B.4.68 g　0.16 mol C.5.36 g　0.18 mol D.6.38 g　0.2 mol 14．（23-24高一下·湖南长沙·阶段检测）在12g镁和铜组成的合金中加入过量硝酸溶液，合金完全溶解，同时测得生成标况下气体NO2、NO各3.36L，向所得溶液中加入足量的溶液，生成沉淀的质量为 A．18.4g B．22.2g C．29.0g D．32.4g 15．（22-23高一下·湖南永州·阶段检测）将质量为32g的铜与150mL的一定浓度的硝酸反应，铜完全溶解，产生标准状况下11.2L的NO和的混合气体，将生成的混合气体与一定体积的氧气一起通入足量NaOH溶液中，气体恰好被吸收生成。下列说法正确的是 A．标准状况下，通入的体积为11.2L B．向反应后的溶液加NaOH，使铜沉淀完全，需要NaOH的物质的量至少为1.0mol C．标准状况下，混合气体构成是6.72L的NO和4.48L的 D．硝酸的物质的量浓度为 16．（24-25高一上·山东济宁·期中）利用NaClO氧化尿素制备(水合肼)的实验流程如图所示： 已知：①与烧碱溶液的反应是放热反应；②有强还原性，能与NaClO剧烈反应生成；③尿素中N为价。下列说法不正确的是 A．步骤Ⅰ中为避免温度过高，可采用冰水浴 B．步骤Ⅰ制备NaClO溶液时，测得产物中NaClO与的物质的量之比为5：1，则参与反应的氧化剂与还原剂的物质的量之比为3：5 C．步骤Ⅱ中可将NaClO碱性溶液逐滴滴入尿素水溶液中，顺序不能颠倒 D．生成水合肼反应的离子方程式为 17．（23-24高一下·湖南娄底·期末）如图所示，试管中盛装的是红棕色气体，当倒扣在盛有水的水槽中时，试管内水面上升，但不能充满试管，当向试管内鼓入氧气后，可以观察到试管中水柱继续上升，经过多次重复后，试管内完全被水充满，对原试管中盛装气体的说法正确的是 ①可能是与的混合气体 ②可能是气体 ③可能是与的混合气体 ④只可能是一种气体 A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 18．（24-25高一上·云南·期中）与一定浓度的反应，生成、、、和水，当和的物质的量之比为时，则反应中起酸性作用的与被还原的的物质的量之比为 A． B． C． D． 19．（24-25高三上·重庆·阶段检测）一定条件下，将28.8g 固体投入100mL质量分数为63%，密度为1.2的硝酸溶液中充分反应后，固体全部溶解，硝酸被还原为氮氧化物()，并收集到折算为标准状况下氮氧化物()4.48L(生成气体全部逸出)，再向反应后的溶液中加入V L 4.00 NaOH溶液，使沉淀质量最大。下列说法错误的是 A．若将产生的与混合后通入水中将其完全吸收，则标况下消耗的体积为2.24L B．原硝酸的物质的量浓度为12 C．该氮氧化物中x的值为1.5 D．V至少为0.2L 20．（22-23高一下·河南周口·阶段检测）常温常压下，若一个烧瓶中充满下列气体： ①375mL与空气 ② ③和 则关于做喷泉实验后烧瓶中所得溶液的溶质的物质的量浓度，下列说法正确的是 A．①与②相同 B．都相同 C．②中 D．②比③小 21．（24-25高三上·山东·阶段检测）将2molNO、4molH2和一定量的CO2通过足量的Na2O2充分反应后，所得气体再用电火花引燃使其充分反应，仅得到一定浓度的HNO3溶液，且无任何气体剩余。则通入CO2的物质的量和所得HNO3的质量分数分别为 A．7mol    60% B．7mol    70% C．6mol    60% D．6mol    70% 22．（23-24高一下·湖北武汉·期中）将38.4g Cu与0.22L浓硝酸混合恰好完全反应生成氮的氧化物，这些氧化物恰好与溶液反应得到和的混合溶液，反应过程及有关数据如图所示。下列说法正确的是 A．反应Ⅰ中硝酸只体现氧化性 B．反应Ⅱ中作氧化剂 C．混合气体中的物质的量为0.2mol D．浓硝酸的物质的量浓度为 23．（23-24高二下·辽宁大连·期末）相同状况下，在体积相同的三个烧瓶中分别盛放(1)、(2)和体积比的气体、(3)和体积比的气体，并分别倒立在水槽里，充分溶解后烧瓶内三种溶液物质的量浓度之比为(设烧瓶内液体未扩散到水槽里) A． B． C． D． 24．（23-24高一下·四川成都·期末）硝酸工业生产中的尾气(主要成分为和NO)可用纯碱溶液吸收，相关的化学反应如下： 现用10 L纯碱溶液吸收硝酸工业尾气，产生22.4 L(标准状况)时，测得吸收液中的浓度为0.05mol/L。若不考虑吸收过程中溶液体积变化，则吸收液中的物质的量浓度为 A．0.05mol/L B．0.10mol/L C．0.15mol/L D．0.20mol/L 25．（23-24高一下·山西大同·期末）硝酸工业生产中常用纯碱溶液吸收排出的氮氧化物废气，废气中若只含有NO、两种气体。将一定量废气通入到足量的溶液中被完全吸收，溶液中生成的、两种离子的物质的量与废气中的物质的量分数变化关系如图所示。 已知溶液中可发生以下两个反应： ①； ②。 下列说法错误的是 A．图中线段b表示 B．时，溶液中 C．时， D．若生成标准状况下22.4L ，则 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$